光通信實(shí)驗(yàn)報(bào)告

光通信試驗(yàn)匯報(bào)試驗(yàn)一：測(cè)量光纖耦合效率【試驗(yàn)簡(jiǎn)介】： 光線重要用于通信、光纖傳感、圖像傳送以及光能傳遞等方面。由于光纖制造技術(shù)的不停進(jìn)步，光線內(nèi)部的損耗越來(lái)越小，因此在實(shí)際應(yīng)用中提高光源與光纖之間的耦合效率是提高系統(tǒng)傳播效率的重要技術(shù)之一。【試驗(yàn)?zāi)康摹浚?.理解光纖特性，種類2.掌握光纖耦合的基本技巧及提高耦合效率的手段3.熟悉常用的耦合措施【試驗(yàn)裝置示意圖】： 【試驗(yàn)數(shù)據(jù)】： 光纖輸出光功率：0.78mW光纖輸入光功率：1.9mW耦合效率為：0.78/1.9*100%=41.1%【試驗(yàn)思索總結(jié)】 耦合時(shí)，由于起始的光強(qiáng)較弱，用探測(cè)器檢測(cè)效果不明顯。可以先用目測(cè)法，觀測(cè)輸出光斑的亮度。等抵到達(dá)一定的亮度之后，在接入探測(cè)器，觀測(cè)示數(shù)。調(diào)整時(shí)，首先調(diào)整高度，然后調(diào)整俯仰角，最終在調(diào)整左右對(duì)準(zhǔn)度與旋轉(zhuǎn)方向。試驗(yàn)二：測(cè)量光纖損耗【試驗(yàn)?zāi)康摹浚?通過(guò)測(cè)量單模光纖的衰減值，理解測(cè)量光纖損耗的常用措施：插入法（實(shí)際測(cè)量中諸多器件的插損、損耗都使用這種措施）?！驹囼?yàn)原理】：光源發(fā)出的光通過(guò)光的注入系統(tǒng)輸入到短光纖中，并通過(guò)光纖活動(dòng)連接器與光功率計(jì)接通。首先測(cè)量短光纖的輸出功率P1，然后通過(guò)光纖連接器接入被測(cè)光纖，測(cè)量長(zhǎng)光纖的輸出功率P2，則光纖的總損耗為A=10lg被測(cè)光纖的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則光纖的損耗系數(shù)為 α【試驗(yàn)裝置示意圖】： 【試驗(yàn)數(shù)據(jù)】：光纖長(zhǎng)度L：6km波長(zhǎng)為1310nm的數(shù)據(jù)電流（mA）22.517.07.3P1(dBm)-7.1-9.9-13.2P2(dBm)-9.2-12.8-15.5損耗A（dB）2.12.92.5損耗系數(shù)α（dB/km）0.440.410.383波長(zhǎng)為1550nm的數(shù)據(jù)電流（mA）25.416.213.6P1(dBm)-6.9-10.0-11.1P2(dBm)-8.7-11.9-12.9損耗A（dB）1.81.91.8損耗系數(shù)α（dB/km）0.300.320.30試驗(yàn)三：測(cè)量光纖的數(shù)值孔徑【試驗(yàn)簡(jiǎn)介】： 光纖的數(shù)值孔徑大小與纖芯折射率、纖芯-包層相對(duì)折射率差有關(guān)。光纖的數(shù)值孔徑表達(dá)光纖接受入射光的能力?！驹囼?yàn)?zāi)康摹浚豪斫鉁y(cè)量數(shù)值孔徑的措施，對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)法有初步理解。【試驗(yàn)原理】：遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑是通過(guò)光纖遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布確定的，它定義為光纖遠(yuǎn)場(chǎng)輻射圖上光強(qiáng)下降到最大值的5%處的半張角的正弦值?！驹囼?yàn)裝置示意圖】【試驗(yàn)數(shù)據(jù)】 光功率最大值為162.5nW，下降到5%時(shí)對(duì)應(yīng)的角度為8.5°和-8.3°【數(shù)據(jù)處理】 光纖的數(shù)值孔徑： NA=試驗(yàn)四：測(cè)量光纖的模場(chǎng)直徑和折射率分布曲線【試驗(yàn)?zāi)康摹浚和ㄟ^(guò)近場(chǎng)法測(cè)量光纖的折射率分布曲線，對(duì)近場(chǎng)法有一定理解通過(guò)近場(chǎng)法測(cè)量多單模光纖的模場(chǎng)直徑，理解理解并掌握近場(chǎng)法測(cè)量多模光纖模場(chǎng)直徑的措施【試驗(yàn)原理】1.近場(chǎng)法是運(yùn)用光纖輸出端面上的光強(qiáng)度來(lái)測(cè)量光纖的部分幾何參數(shù)的經(jīng)典措施。這種措施的原理為：光纖輸出端面上的光強(qiáng)度分布NEP近似于折射率分布，這種措施控制簡(jiǎn)樸，應(yīng)用廣泛，但精度不高。 R=[（n1－n0）/（n1＋n0）]2

公式中n0為空氣的折射率；n1為介質(zhì)材料的折射率。根據(jù)光的折射定律，我們最終可導(dǎo)出如下公式：

n(r)－ncl=k[Pcl－P(r)]/Pclk為取決于系統(tǒng)參數(shù)的校正系數(shù)；ncl和Pcl是常數(shù)，分別為光纖包層折射率和折射光功率。由此可見(jiàn)，折射光功率P(r)與n(r)有關(guān)，從而通過(guò)測(cè)量P(r)就可得到n(r)。2.根據(jù)光纖輸出端面上的光強(qiáng)度分布繪制出光強(qiáng)分布曲線，通過(guò)觀測(cè)光強(qiáng)下降為1/e出的光斑半寬度，測(cè)出光纖的模場(chǎng)直徑【試驗(yàn)成果】1.多模光纖： 光纖端面圖 光強(qiáng)分布曲線圖由圖可知，光纖的模場(chǎng)直徑為41.8903um折射率分布曲線單模光纖：光纖端面圖 光強(qiáng)分布曲線圖由圖可知，光纖的模場(chǎng)直徑約為10.6um（由于噪聲的影響，圖中算出的模場(chǎng)直徑有問(wèn)題）折射率分布曲線圖 試驗(yàn)五：光纖波分復(fù)用誤碼測(cè)試【試驗(yàn)簡(jiǎn)介】： 系統(tǒng)的誤碼性能是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，反應(yīng)數(shù)字信息在傳播過(guò)程中受損傷的程度，一般用長(zhǎng)期平均誤碼率、誤碼的時(shí)間報(bào)分?jǐn)?shù)和誤碼秒百分?jǐn)?shù)來(lái)表達(dá)。在實(shí)際測(cè)量中，常用長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量中的誤碼數(shù)目與傳送的總碼元數(shù)之比（BER）來(lái)表達(dá)?！驹囼?yàn)?zāi)康摹浚赫莆照`碼儀性能、原理及使用措施理解波分復(fù)用通信系統(tǒng)的性能與誤碼率的關(guān)系，以及誤碼率與系統(tǒng)器件插損損耗、器件隔離度等系統(tǒng)各部分器件性能的關(guān)系?！驹囼?yàn)電路原理圖】：【試驗(yàn)環(huán)節(jié)】： 1.將光纖接在誤碼測(cè)試儀的輸入與輸出之間； 2.設(shè)置誤碼儀，選擇合適的序列信號(hào)與時(shí)鐘； 3.通過(guò)下拉菜單記錄可以觀測(cè)到不一樣誤碼參數(shù)，記錄誤碼特性；【試驗(yàn)成果】 測(cè)試時(shí)間/s 188 時(shí)鐘總數(shù) 誤碼計(jì)數(shù) 22 誤碼率 5.52× 秒誤碼率 0.0000E0 誤碼秒數(shù) 21 誤碼秒百分?jǐn)?shù) 11.1702%【試驗(yàn)思索總結(jié)】 通過(guò)發(fā)送不一樣的自定義數(shù)據(jù)，我發(fā)現(xiàn)當(dāng)數(shù)據(jù)中具有多種連0時(shí)，誤碼率會(huì)大大增長(zhǎng)，甚至?xí)o(wú)法進(jìn)行幀同步以致不能傳播。試驗(yàn)六：摻鉺光纖放大器性能測(cè)試【試驗(yàn)簡(jiǎn)介】： 目前使用化的光纖放大器重要有摻鉺光纖放大器（EDFA）、半導(dǎo)體光放大器（SOA）和光纖喇曼放大器（FRA），其中摻鉺光纖放大器以其優(yōu)越的性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離、大容量、高速率的光纖通信系統(tǒng)、接入網(wǎng)、光纖CATV網(wǎng)、軍用系統(tǒng)等領(lǐng)域【試驗(yàn)?zāi)康摹浚豪斫釫DFA的基本構(gòu)造和功能；通過(guò)測(cè)量EDFA的多種參數(shù)，計(jì)算增益，輸出飽和功率，噪聲系數(shù)理解參數(shù)的定義、計(jì)算措施和EDFA的使用【試驗(yàn)裝置與EDFA構(gòu)造圖】【試驗(yàn)數(shù)據(jù)】：電流/mA與否接入EDFA輸出功率/dBm輸出功率/uW0是-5.5227810.1否-15.7126.85是-5.71268.512.3否-10.1895.94是-5.81262.418.6否-5.04313.3是-6.0250.6【試驗(yàn)思索總結(jié)】： 通過(guò)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)，儀器設(shè)備的噪聲非常大。在光源發(fā)生器的電流設(shè)為0時(shí)，接入EDFA，發(fā)現(xiàn)輸出功率為278uW,很顯然，這是噪聲。在背面的試驗(yàn)中，當(dāng)增大電流時(shí)，接入EDFA后，發(fā)現(xiàn)輸出的功率和電流為0時(shí)的數(shù)據(jù)大小差不多，甚至輸入功率增強(qiáng)后，放大后的輸出功率卻減小。通過(guò)和同學(xué)，老師的一番討論，我們一直認(rèn)為這是試驗(yàn)儀器噪聲的原因。 通過(guò)一番思索，我認(rèn)為可以加入光隔離器和光濾波器，這樣可以減少噪聲。并重新設(shè)計(jì)裝置如圖 試驗(yàn)七：波分復(fù)用圖像傳播系統(tǒng)【試驗(yàn)簡(jiǎn)介】： 波分復(fù)用(WDM)是將兩種或多種不一樣波長(zhǎng)的光載波信號(hào)(攜帶多種信息)在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳播的技術(shù)；在接受端，經(jīng)解復(fù)用器(亦稱分波器或稱去復(fù)用器，Demultiplexer)將多種波長(zhǎng)的光載波分離，然后由光接受機(jī)作深入處理以恢復(fù)原信號(hào)?！驹囼?yàn)原理】： 1.波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)：N個(gè)光發(fā)射機(jī)分別發(fā)射N個(gè)不一樣波長(zhǎng)，通過(guò)光波分復(fù)用器WDM合到一起，耦合進(jìn)單根光纖中傳播。到接受端，通過(guò)具有光波長(zhǎng)選擇功能的解復(fù)用器DWDM，將不一樣波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)，送到N個(gè)光接受機(jī)接受。2.雙向WDM系統(tǒng):圖中WDM/DWDM是具有波長(zhǎng)選路功能的復(fù)用/解復(fù)用器。光發(fā)射機(jī)T1發(fā)射的光信號(hào)，經(jīng)WDM/DWDM送入傳播光纖，在接受端，再經(jīng)另一種MD的波長(zhǎng)選擇后送到接受機(jī)R1接受。T2和R2是另一方向傳播的發(fā)射和接受端機(jī)?！驹囼?yàn)成果】： 圖像1（1310nm波長(zhǎng)）圖像2（1350nm波長(zhǎng)）圖像3（波分復(fù)用傳播）由圖可以看出，圖片中除了“天津”以外，還隱約有“北京”字樣。由于“北京”對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)通道損耗太大，因此信號(hào)很微弱，字體模糊。試驗(yàn)八：半導(dǎo)體激光器試驗(yàn)【試驗(yàn)?zāi)康摹?. 通過(guò)試驗(yàn)熟悉半導(dǎo)體激光器的電學(xué)特性、光學(xué)特性。2. 掌握半導(dǎo)體激光器耦合、準(zhǔn)直等光路的調(diào)整。3. 根據(jù)半導(dǎo)體激光器的光學(xué)特性考察其在光電子技術(shù)方面的應(yīng)用?！驹囼?yàn)原理】1、半導(dǎo)體激光器的基本構(gòu)造半導(dǎo)體激光器的全稱為半導(dǎo)體結(jié)型二極管激光器，也稱激光二極管，激光二極管的英文名稱為laserdiode，縮寫為L(zhǎng)D。大多數(shù)半導(dǎo)體激光器用的是GaAs或GaAlAs材料。P-N結(jié)激光器的基本構(gòu)造和基本原理如圖8-1所示，P-N結(jié)一般在N型襯底上生長(zhǎng)P型層而形成。在P區(qū)和N區(qū)都要制作歐姆接觸，使鼓勵(lì)電流可以通過(guò)，這電流使得附近的有源區(qū)內(nèi)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（載流子反轉(zhuǎn)），還需要制成兩個(gè)平行的端面起鏡面作用，為形成激光模提供必需的光反饋。圖8-1（a）半導(dǎo)體激光器構(gòu)造圖8-1（b）半導(dǎo)體激光器工作原理圖2、半導(dǎo)體激光器的閾值條件閾值電流作為多種材料和構(gòu)造參數(shù)的函數(shù)的一種體現(xiàn)式：這里，是內(nèi)量子效率，是發(fā)射光的真空波長(zhǎng)，n是折射率，是自發(fā)輻射線寬，e是電子電荷，D是光發(fā)射層的厚度，是行波的損耗系數(shù)，L是腔長(zhǎng)，R為功率反射系數(shù)。【試驗(yàn)環(huán)節(jié)】1．測(cè)量半導(dǎo)體激光器的輸出功率隨泵浦電流變化的關(guān)系，作出曲線，標(biāo)定出光閾值電流；2．觀測(cè)半導(dǎo)體激光器的調(diào)頻特性。運(yùn)用信號(hào)發(fā)生器調(diào)制激光電源的泵浦電流，通過(guò)雙蹤示波器觀測(cè)被調(diào)制的激光輸出隨泵浦電流的變化。【試驗(yàn)數(shù)據(jù)】半導(dǎo)體激光器的P-I特性原始數(shù)據(jù)由圖可知，當(dāng)I>13mA時(shí)，P—I曲線斜率陡增，且之后近似為線性，據(jù)此估計(jì)此半導(dǎo)體激光器的光閾值電流為13mA，閾值泵浦功率為1.04mW。調(diào)制的激光輸出隨泵浦電流的變化I=1.7mAI=5.2mAI=10.4mAI=15.2mAI=21.3mAI=24.8mA【試驗(yàn)思索總結(jié)】1.半導(dǎo)體激光器為何存在閾值電流？閾值電流與那些原因有關(guān)？半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管，二極管的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，可以有較大的正向擴(kuò)散電流，即展現(xiàn)低電阻，我們稱PN結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)導(dǎo)通了二極管才開(kāi)始工作，因此存在閾值電流。與二極管的材料、溫度有